Entdecken und Forschen im Physikunterricht Lernwirksamer Einsatz virtueller Experimente Hildegard Urban-Woldron Österreichisches Kompetenzzentrum für Didaktik der Physik
Überblick Rahmenbedingungen Hintergrund und Ziele Fachdidaktische Überlegungen Bedeutung von Lernaufgaben Kurs Design Lernobjekte Forschungsfragen Methoden Ergebnisse und Folgerungen 2
Stichprobe Zwei Klassen, 6. Schulstufe 2A 2B All Boys 14 11 25 Girls 13 10 23 All 27 21 48 3
Lernziele Hydrostatischer Druck Auftriebskraft L1 Ursache = Gewicht der Flüssigkeitsmenge L5 Wirkt der Gewichtskraft entgegen und erzeugt einen scheinbaren Gewichtsverlust. L2 Hängt nicht von der Form des Gefäßes und daher auch nicht vom Flüssigkeitsvolumen ab. L6 Ist so groß wie das Gewicht der verdrängten Flüssigkeitsmenge. Formel F A = V E. ρ Fl. g L3 Ist proportional zur Flüssigkeitshöhe und zur Dichte der Flüssigkeit und nimmt für Wasser um 0,1 Bar pro Meter Wassertiefe zu. L7 Hängt nicht von der Dichte und der Form des eingetauchten Körpers ab. L4 Formel p = h. r. ρ L8 Eintauchtiefe eines schwimmenden Körpers 4
Kurs Design / Zwei Szenarien Stunde 1 2 3 4 5 Inhalt HD hängt von der Eintauchtiefe ab. HD hängt auch von der Dichte der Fl. ab. Gesetz von Archimedes Wovon hängt die Auftriebskraft ab? Wiederholungsund Anwendungsaufgaben Methode Demo-Exp. Drucksensor LO-2 and LO- 3 PC Labor LO-1 2A: Szenario X 2B: Szenario Y Schülergruppen experimente Virtuelle Exp. with LO-4; Fragend - entw. UV PC Labor LO-5 2A: Szenario Y 2B: Szenario X Ausgewählte Aufgaben; Tandems diskutieren Lösung; Auswertung im Klassengespräch Lernziele L1, L2, L3 L4 L5, L6 L7 L8 5
Lernobjekte LO-1 und LO-5 6
Lernobjekte LO-2 und LO-3 7
Lernobjekt LO-4 8
Ziele und Annahmen Die Rolle der Lehrerin besser verstehen Rahmenbedingungen für computerunterstütztes Lernen Auswahl geeigneter Lernobjekte Erstellen von Lernaufgaben Fokus auf Unterstützung der Schüler/innen Virtuelle Experimente ersetzen das Realexperiment NICHT! Ergänzung zum realen Experiment Leichte Veränderbarkeit von Variablen Hypothesen überprüfen Nachdenken über zugrunde liegende Konzepte Mehr Zeit für Diskussion und Reflexion 9
Forschungsfragen Vertrautmachen mit den Funktionen und der technischen Handhabung der verwendeten Lernobjekte - Anleitung und Unterstützung bei der Bearbeitung der Lernaufgaben Zeigen sich Unterschiede zwischen den beiden Designs bei den Lernergebnissen? Werden motivationale und verstehensorientierte Lernprozesse der Schüler/innen in förderlicher Weise angeregt? Nutzung der Autonomie beim computerunterstützten Lernen Werden die Lernenden beim selbstständigen Lernen zum explorativen Arbeiten angeregt? Fühlen sich die Lernenden beim Lernen mit dem Computer in ihrer Kompetenz unterstützt? 10
Methoden Beobachtung der Schüler/innen, Unterrichtsprotokolle Ergebnisse der Lernaufgaben Lernjournale der Schüler/innen Fragebögen Test 11
Cluster Analyse 12
Gender- und Klassenunterschiede 13
Lernmotivation Wenn ich selbstständig Physik mit dem Computer lerne L1 L2 L3 L4 L5 L6 bin ich mit Freude dabei. finde ich die Themen richtig spannend. bringen mich die Aufgaben beim Lernen und Verstehen gut weiter. fällt es mir mit den Applets leicht, bei der Sache zu bleiben. regen mich die Lernprogramme zum Lernen an. kann ich selbst versuchen, zu einer Lösung zu kommen. L7 kann ich meine Lernergebnisse selbst überprüfen. 14
Kompetenz und Autonomie Wenn ich selbstständig Physik mit dem Computer lerne C1 C2 C3 C4 habe ich die Möglichkeit, ein neues Stoffgebiet eigenständig zu bearbeiten. kann ich Aufgaben machen, durch die ich die Sache besser verstehe. kann ich auch Aufgaben lösen, bei denen man wirklich nachdenken muss. kann ich Dinge auch selbstständig erforschen und eigenen Fragen nachgehen 15
Geschlechtsunterschiede C1 C2 C3 C4 Boys 2.89 2.96 2.78 2.81 Girls 3.00 3.19 3.05 2.52 C1 C2 C3 C4 habe ich die Möglichkeit, ein neues Stoffgebiet eigenständig zu bearbeiten. kann ich Aufgaben machen, durch die ich die Sache besser verstehe. kann ich auch Aufgaben lösen, bei denen man wirklich nachdenken muss. kann ich Dinge auch selbstständig erforschen und eigenen Fragen nachgehen 16
Testergebnisse 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 2A 2B T5 / Stunde 2 (2B / Szenario Y) T12 und T13 / Stunde 4 (2A / Szenario Y) 17
Ergebnisse und Folgerungen Wissenstests zeigen bessere Ergebnisse bei eng angeleiteter Arbeit Begabte und interessierte S/S durch eher offene LU zu weitergehenden Fragen und intensiven Auseinandersetzung angeregt schätzen die Autonomie beim selbstständigen Lernen nutzen die Möglichkeiten der Interaktivität haben großes Interesse an der Qualität ihrer Lernergebnisse stellen gute Fragen begrüßen rasche Rückmeldung der Lehrerin Weniger begabte und weniger interessierte S/S lernen im kurzschrittig gelenkten Szenario besser haben Schwierigkeiten beim selbstständigen Lernen berichten selbst, dass sie im lehrergelenkten Unterricht mehr lernen 18
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 19